linux shell多进程

技术介绍

在Linux系统中，Shell脚本是一种用于自动化任务的脚本语言，通过编写Shell脚本，我们可以实现对系统的批量操作，提高工作效率，有时候我们需要同时执行多个任务，这时候就需要使用到并发，并发是指在同一时间内，多个任务同时执行，在Linux中，我们可以使用Shell脚本实现多进程并发，本文将介绍如何在Linux中使用Shell脚本实现多进程并发以及并发控制。

多进程并发

在Linux中，每个进程都有自己的独立地址空间和资源，因此它们之间是相互独立的，当我们需要同时执行多个任务时，可以将这些任务分配给不同的进程来执行，这样，每个进程都可以独立地完成自己的任务，从而实现多进程并发。

要实现多进程并发，我们可以使用&符号将命令放入后台运行。

command1 & command2 & command3 &

上面的命令将command1、command2和command3放入后台运行，实现了多进程并发，需要注意的是，如果我们希望等待所有进程完成后再继续执行后续命令，可以使用wait命令或者jobs命令(需要配合$!变量):

wait $!
或者
jobs -p | xargs wait

并发控制

在多进程并发的过程中，可能会出现多个进程同时访问共享资源的情况，这就可能导致数据不一致或者其他问题，为了解决这个问题，我们需要引入并发控制机制，常见的并发控制机制有以下几种：

1、互斥锁(Mutex):互斥锁是一种同步原语，用于保护共享资源的访问，当一个进程获得锁时，其他进程必须等待直到锁被释放，在Linux中，我们可以使用flock命令实现互斥锁：

flock -n 200 || exit 1
或者使用fcntl包中的函数实现互斥锁

2、信号量(Semaphore):信号量是一个计数器，用于控制对共享资源的访问，当信号量的值大于0时，线程可以继续执行；当信号量的值为0时，线程需要等待，在Linux中，我们可以使用semget、semop等函数实现信号量：

include <sys/types.h>
include <sys/ipc.h>
include <sys/sem.h>
include <stdio.h>
include <stdlib.h>
include <unistd.h>
int main() {
    int semid = semget(IPC_PRIVATE, 1, IPC_CREAT | 0666); // 创建一个信号量
    if (semid == -1) {
        perror("semget");
        exit(1);
    }
    struct sembuf op[] = { { 0, -1, 0 } }; // 初始化信号量为1
    if (semop(semid, op, 1) == -1) {
        perror("semop");
        exit(1);
    }
    // ... 其他代码 ...
}

3、条件变量(Condition Variable):条件变量是一种同步原语，用于在特定条件下唤醒等待的线程，当某个条件满足时，可以使用条件变量唤醒等待的线程，在Linux中，我们可以使用pthread_cond_t结构体和相关的函数实现条件变量：

include <pthread.h>
include <stdio.h>
include <unistd.h>
pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; // 互斥锁
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER; // 条件变量
int count = 0; // 共享资源的值
int max = 5; // 需要等待的最大次数
int waiting = 0; // 当前等待的线程数
int not_empty = 0; // 当共享资源不为空时设置的条件变量标志位
int not_full = MAX; // 当共享资源已满时设置的条件变量标志位
void *producer(void *arg) {
    pthread_mutex_lock(&lock); // 加锁
    while (count < max) { // 当共享资源未满时生产数据
        count++; // 增加共享资源的值
        printf("Produced data %d
", count); // ... 其他代码 ...
        pthread_cond_signal(&cond); // 唤醒等待的线程(如果有的话)
        not_empty = not_empty && count != max; // 根据共享资源的状态更新not_empty标志位(这里简化了处理)
    } else break; // 当共享资源已满时退出循环(这里简化了处理)
    pthread_mutex_unlock(&lock); // 解锁
}
void *consumer(void *arg) {
    pthread_mutex_lock(&lock); // 加锁
    int value; // 从共享资源中获取数据所需的临时变量(这里简化了处理)
    pthread_cond_wait(&cond, &lock); // 当共享资源为空时等待(这里简化了处理)
    pthread_mutex_unlock(&lock); // 解锁并减少等待的线程数(这里简化了处理)
    pthread_mutex_lock(&lock); // 再加锁以修改共享资源的值和状态(这里简化了处理)
    pthread_mutex_unlock(&lock); // 最后解锁(这里简化了处理)
}